JP2003336526A - 芯円回転内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストン複動式のクランク機構を用いない
真円回転内燃機関の実現とその提供。 【解決手段】 気体の圧縮及び膨脹を可能とする突起
部を有する真円回転ローター各々を軸に備え、各々ロー
ター突起部の真円に回転する軌道を遮断及び開放させて
圧縮及び膨脹領域とする燃焼及び膨脹室の周壁に略接触
させるケーシングに、各突起部の回転起動上を遮断或い
は開放させる各弁体を弁体軸に備えて各々をケーシング
に収納させ、軸に備えるカムと弁体軸に備えるカムフォ
ロワーを連動させ弁体に各突起部の回転軌道を遮断させ
圧縮及び膨脹動作を形成させると供に各突起部の回転軌
道を開放させ真円な連続回転を可能とさせている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は力率及び燃焼効率を
向上させた内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレシプロエンジンは、ピストン運
動を軸回転に変換するクランク機構を用いていることか
ら力率及び燃焼効率が低いとされる課題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の複動ピストン及
びクランク機構を用いず、真円に回転するローターを備
え、気体を圧縮或いは膨脹させることのできる真円回転
内燃機関を実現させ、提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、軸に真円な外周の一部に突起状の仕切
弁を有する圧縮及び膨脹ローターとカムを備え、分割し
結合させてケーシングに形成させる圧縮室及び燃焼室の
周壁に圧縮及び膨脹ローターを略接触させて収納させ、
回転させる圧縮及び膨脹ローターとケーシングの周壁と
に形成させる圧縮及び膨脹領域を間欠的に遮断或いは開
放させる圧縮及び膨脹弁体をカムフォロワーの備わる弁
体軸に設け、軸に備わるカムの動作を連動させるケーシ
ングの位置に収納させ、回転させる圧縮及び膨脹ロータ
ーと圧縮及び膨脹弁体との間に真円な軌道の圧縮及び膨
脹領域を形成させ、カムに連動するカムフォロワーの動
作を介し圧縮及び膨脹弁体を圧縮及び膨脹ローターの回
転タイミングに合わせ間欠的に遮断或いは開放させるこ
とで圧縮及び膨脹ローターの真円且つ円滑な圧縮及び膨
脹回転を可能にさせている。そして、このような各ロー
ターの真円な回転により気体の圧縮効果はもとより燃焼
ガスの膨脹圧力を効果的な軸回転力に変えることができ
内燃機関の力率或いは燃焼効率を高めることができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は、圧縮及び膨脹仕切弁を
設ける圧縮及び膨脹ローターとカムを備える軸と、圧縮
弁体及び開口部を有する膨脹弁体とカムフォロワーを備
える弁体軸を連動させ、分割し結合させて圧縮室及び燃
焼室とカム室及び吸気排気室を形成するケーシング及び
その軸受けに支持させて其々を所定に収納させ、逆止
弁、通気路、燃料供給手段、噴射弁、点火手段を備えて
構成する真円回転内燃機関である。

【０００６】通気路は弁体軸及び圧縮及び燃焼室に近い
位置に備え、ケーシング自体に加工或いはスリーブ式に
備える。そして、通気路に接続させる圧縮室の排気ポー
トは気体の流れ方向に拡大させるテーパー状に逆止弁を
備えて形成させ、備える逆止弁にストッパー及び調圧バ
ネを備えて圧縮空気の脈圧変化を逆止させる。

【０００７】通気路に備える燃料供給手段は、気体或い
は液体及び粉体燃料を圧入或いは噴射させる手段を選択
し、また燃料気化器を圧縮工程の上流側に備えことも可
能。そして、供給動作及びそのタイミングは回転軸にカ
ムを設け、別途に動作支点を備えるカムフォロワーを備
えて調節を可能とする構造に備える。また通気路内に設
ける圧縮混合気の噴射弁も同様とし、弁動作のリターン
スプリングを燃焼圧力の吹き返しを考慮して設ける。更
に点火手段の動作、タイミングも同様としタイミングを
調整可能な構造にする。

【０００８】通気路に接続する燃焼室の吸入ポートは燃
焼ガスの吹き返し圧力を考慮して必要最小限のサイジン
グとする。

【０００９】軸に備える圧縮及び膨脹ローターは、其々
に備える仕切弁を軸に揃えて配置させる。圧縮ローター
に設ける吸入口は圧縮仕切弁の近くに設け、膨張ロータ
ーに設ける排気口も膨脹仕切弁の近くに備え、受圧溝は
燃焼ガスの膨張圧力を膨脹仕切弁に作用させる受圧面積
を確保させて備え、軸方向への幅、距離、角度は効果的
な数値を選択する。またカムは圧縮ローターの圧縮仕切
弁にガイドギブの作動角度を合わせて軸に結合し分割さ
せた構成と動作角度の微調整を可能とさせる構造にす
る。

【００１０】弁体軸は、ケーシングに収納させる所定の
間隔を各々に持たせ、圧縮弁体、膨脹弁体、カムフォロ
ワーを備えて構成する。尚圧縮弁体の圧縮面に加わる圧
縮圧力を弁体揺動の支点となる弁体軸にオフセットさ
せ、リフテイングを防止させる所定の位置、また圧縮弁
体の回転軌道遮断時に起こる圧縮弁体と圧縮ローターの
略接触面に発生するオフセット効果の接触圧は、弁体軸
をケーシングに支持させる所定なケーシングの位置に備
え、ガイドギブとガイドとの連動箇所に負担を与えない
ように備える。一方膨脹仕切弁と膨脹弁体との膨脹回転
軌道上における位置交換動作或いは回転軌道の遮断、開
放動作は圧縮の場合ほど詳細を要さない。圧縮混合ガス
の的確な噴射タイミングに合わせた膨張弁体の交換、弁
体交換終了後の軌道遮断を的確に実施させれば良い。ま
た燃焼時に起こる膨脹圧力による膨脹弁体と膨脹ロータ
ー外周部の接触圧を摺動部位のシール圧力として適度に
活用する。

【００１１】カムに設けるガイドギブは、軸に回転上真
円な輪状の溝に形成させ、その輪状溝の所定な部分に、
或いは所定な回転角度の溝部分を連動させるカムフォロ
ワーの要求する揺動範囲或いは角度に合わせ溝軌道を変
えて備える。尚備えるカムのガイドギブにカムフォロワ
ーのガイドを連動させ、カムフォロワーの揺動動作を弁
体軸に伝達させ、各ローターの回転タイミングに合わせ
る各弁体の揺動動作を的確にさせることで、圧縮及び膨
脹ローターの的確な真円回転と、円滑な圧縮或いは膨脹
回転を可能にさせる。

【００１２】圧縮ローター及び膨脹ローターとカムを備
える軸に軸受を備え、分割し結合させて構成するケイシ
ングに弁体軸及び通気路を連結させて備え、それら各々
を収納させ構成するうえで、ケーシングに圧縮室、燃焼
室、カム室、吸気排気室を各々に形成させ、圧縮ロータ
ー及び膨脹ローターを回転上圧縮室及び燃焼室の周壁に
略接触させて収納させる。カム室には必要な領域を持た
せてカムを収納させ、吸気排気室に必要な領域を備え
る。また吸気排気室を分割し個々に封じ、吸気側に吸入
開口と排気側に排気開口を設け、圧縮ローターの両側面
に備える吸気領域、吸気通路を分割する吸気側に接続さ
せ、圧縮ローターの外周部に備わる吸入口から圧縮領域
に空気を吸入させる。また膨脹ローターの両側面に備え
る排気領域、排気通路を分割する排気側に接続させ、膨
脹領域から排気される膨脹ガスを膨脹ローターの外周部
に備わる排気口から排出させる。更に、必要に応じた手
段として圧縮ローターの両側面に備える吸気領域と圧縮
室の周壁とにチャージャーシステム（過給手段）を設け
る。そして、膨脹ローターの両側面に備える排気領域と
燃焼室の周壁とにターボシステム（排圧回転手段）を備
え燃焼効率を高める。圧縮室及び燃焼室の周壁と略接触
させる圧縮ローター及び膨脹ローターの略接触面は、高
度に気密させる必要がなく、潤滑及び冷却を必要としな
い。微小な間隙から漏れる圧力及び気体はローター各々
の側面に備える回転変換手段を介し大きなロスを発生さ
せない。ケーシングの外壁から放出される熱のため基本
的な冷却は不要とする。

【００１３】圧縮及び膨張室の容積を変化させて構成さ
せる場合は、軸及び弁体軸に備えるそれぞれ双方の軸方
向への距離を変え、関連する所定の付帯部品或いは装置
を適合させることで実施することができる。また本内燃
機関はオイルチャンバーを備える必要がなく、据付に関
する軸の方向性に限定を受けない。

【００１４】本発明を構成する動作は、ケーシングを形
成する吸気排気室（Ｋ４）の吸気開口（ＩＭ）から空気
を導入させ、圧縮ローター（Ｃ１）の吸気領域（Ｃ５）
に導入し、吸気通路（Ｃ４）を通して圧縮ローター（Ｃ
１）の両側面に供給される。ケーシング（Ｋ２）に備わ
る圧縮室（ＣＲ）に収納された圧縮ローターの回転に連
れ、圧縮仕切弁（Ｃ２）と圧縮弁体（Ｂ１）の形成する
真円な回転軌道の吸気領域（Ｃ５）に圧縮ローターの吸
入口（Ｃ３）を経由し吸引される。吸入を終了する圧縮
ローターの回転タイミング位置に近接すると、軸に備わ
るカム（Ｃ１２）のガイドギブ（Ｃ１３）がガイド（Ｂ
５）の動作軌道を変心させるためにカムフォロワー（Ｂ
４）のガイドを誘導しカムフォロワーを動作させる。カ
ムフォロワーは弁体軸（Ｂ）に結合しその動作或いは動
作範囲を弁体軸に伝え、弁体軸は的確に圧縮弁体（Ｂ
１）をカムの連動に従い揺動させる。圧縮仕切弁は圧縮
ローターの回転に従い回転軌道上の圧縮弁体に接触する
寸前まで吸入した空気を圧縮し、圧縮された空気は排気
ポート（Ａ１）の逆支弁（２）を押し上げて通気路
（Ａ）に送られる。 圧縮仕切弁の衝突寸前にカム及び
カムフロワーの動作を受ける圧縮弁体は速やかに揺動し
圧縮揺動スペース（Ｒ）に位置を移動させ圧縮仕切弁の
回転軌道を開放させ圧縮仕切弁を通過させる。その通過
直後に再度カムとカムフォロワーの動作を受け回転軌道
上を遮断し圧縮と吸気を圧縮ローターの圧縮仕切弁に動
作させる。これらの動作を連続して繰り返し、絶えず圧
縮仕切弁を境とする真円な回転軌道上をその回転に連れ
吸入、圧縮を繰り返し圧縮させた空気を連続して通気路
に送る。通気路に圧縮され送られた空気は、通気路に備
える燃料供給装置（Ａ３）の燃料供給を受け、圧縮空気
と混合させると供に噴射弁（Ａ４）の開放、遮断動作に
応じて吸入ポート（Ａ５）にその圧縮混合気を噴射供給
する。一方同軸に備わる膨脹ローター（Ｃ６）は、圧縮
ローター（Ｃ１）同様、回転軌道上の膨脹弁体（Ｂ２）
の回転軌道開放に合わせ膨脹弁体の交換位置を通過し、
再度回転軌道の遮断タイミングを得て圧縮弁体を遮断さ
せ、膨脹弁体及び膨脹弁体の開口部（Ｂ３）、それと膨
脹弁体の膨脹揺動スペース（Ｓ）及びケーシング（Ｋ
４）に備わる燃焼室（ＢＲ）の周壁により形成される仕
切られた空間（領域）を形成させ、その直後のタイミン
グに合わせ吸入ポート（Ａ５）から噴射される噴射混合
気を受け、その空間に充填させた圧縮混合気に点火手段
（Ａ６）を用いて燃焼させる。燃焼ガスの爆発的な熱膨
張を膨脹弁体の開口部を通して回転軌道上の燃焼室（Ｂ
Ｒ）に導き、膨脹ローターの膨脹仕切弁及び膨脹弁体と
に形成する回転軌道上の真円な燃焼領域に燃焼ガスを強
く膨張させ、その膨脹圧力を膨脹仕切弁に作用させて真
円状に膨脹ローター及び膨脹仕切弁を回転させて軸
（Ｃ）に回転力を伝える。回転軌道上を回転し、燃焼ガ
スの圧力を低下させ軸を回転させる膨張ローターは、回
転軌道上の膨脹弁体と回転軌道を開放させる交換位置に
近接する間、また膨脹弁体の遮断直後から、膨脹仕切弁
を境とする燃焼、膨脹、排気回転を繰り返し連続的に軸
を回転させる。尚膨脹ローターに備わる受圧溝（Ｃ８）
は、燃焼ガスの膨脹圧力を受ける膨脹仕切弁の受圧動作
面積を増すための手段である。燃焼領域（燃焼室（Ｂ
Ｒ））或いは回転軌道上において膨脹を終了する膨脹ガ
スは、膨脹ローターの排気口（Ｃ９）から膨脹ローター
の排気領域（Ｃ１１）を通過し、排気通路（Ｃ１０）を
通り吸気排気室（Ｋ４）の分割する排気側の排気開口
（ＥＭ）を経て放出される。

【００１５】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１は本発明を構成する説明図であり、図２の実施概要
図は実施例の構成図、図３は気体の圧縮工程図、図４は
圧縮混合気の導入、点火、燃焼及び膨張行程の説明図で
ある。図１において、軸（Ｃ）を備えてその軸に圧縮仕
切弁（Ｃ２）と空気の吸入口（Ｃ３）と吸気通路（Ｃ
４）及び吸気領域（Ｃ５）を有する圧縮ローター（Ｃ
１）を備え、所定の間隔を空けて膨張仕切弁（Ｃ７）と
受圧溝（Ｃ８）と排気口（Ｃ９）及び排気通路（Ｃ１
０）を設ける膨張ローター（Ｃ６）を軸に双方の圧縮及
び膨張仕切弁を揃えて備え、またカムフォロワー（Ｂ
４）を備える弁体軸（Ｂ）を連動させるカム（Ｃ１２）
を、カムに備えるガイドギブ（Ｃ１３）の動作角度或い
は動作範囲のタイミングを圧縮ローターの回転進角度に
合わせて備え、分割させ結合させて形成するケーシング
（Ｋ２）の圧縮室（ＣＲ）にその周壁を略接触させて収
納する。ケーシング（Ｋ２、Ｋ６）に形成する圧縮及び
燃焼室（ＣＲ、ＢＲ）は分割された側面ケーシングを各
々に結合させて形成させる。圧縮及び燃焼室を形成しロ
ーター各々を収納させる上で、軸を備え各々のローター
間を仕切る側面ケーシングとローター各々は位置順に合
わせ順次組み込み結合させる。その結合上各々のロータ
ー及びカム、同様に弁体軸、各々備える圧縮及び膨脹弁
体、カムフォロワーをその位置順に合わせ且つ関連させ
て準じ組み込み結合させてケーシングに収納する。軸及
び弁体軸に備える各々は、各軸回転方向への固定をキー
或いはスプライン加工などを施し、着脱を簡素化させ
る。また軸方向への固定は微小なスライド代を持たせて
スナップリング或いはテーパーシャンクスリーブを施し
結合させる。分割されたケーシングの結合面にはインロ
ー加工を施し、芯だしを簡単とする結合加工などを施
す。各々のローターを収納させた後、カムの取り付けタ
イミングを各ローターの回転進角度に調整し軸に取り付
ける。タイミングの微調整はカムを分割させて構成させ
る構造にし、カム室のケーシングを結合させる。カムを
軸に結合しタイミングの微調整を施す以前にカムフォロ
ワーとカムを結合させ連動動作を持たせて軸に結合させ
る。カムフォロワーの弁体軸への取り付けは、カムに連
動させて弁体軸にカムフォロワーを組み込み弁体軸と各
回転ローターの回転角度を合わせて結合させ、結合の
後、カム本体の作動角度或いは動作範囲の最終調整を施
す。

【００１６】図１に記載の弁体軸（Ｂ）の所定な位置に
圧縮弁体（Ｂ１）を備え、セッテイング角度をカムフォ
ロワー（Ｂ４）に関連させて合わせ、ケーシング（Ｋ
２）及びその両側面のケーシング側壁との間に略接触さ
せて収納させる。圧縮弁体或いはケーシング（Ｋ２）に
軸方向所定の間隔を備えるケーシング（Ｋ６）及びその
両側面のケーシング側壁との間に略接触させて収納させ
る膨張弁体（Ｂ２）に吸入ポート（Ａ５）から導入され
る圧縮混合ガス或いは燃焼膨張ガスを燃焼室或いは膨張
領域（ＢＲ）に誘導させる開口部（Ｂ３）を設け、圧縮
弁体と方向を揃えて弁体軸に備える。カムフォロワー
（Ｂ４）は、ケーシングのカム室（Ｋ８）に収まる位置
のカム（Ｃ１２）に連動させるうえで、作動可能な弁体
軸の位置にカムのガイドギブ（Ｃ１３）にそのガイド
（Ｂ６）を嵌め込み動作範囲のタイミングを合わせて備
える。カム本体を多重構造に備えて、燃料供給手段の動
作時期、噴射弁のタイミング、点火時期等を動作させる
と良い。また弁体軸及び軸のケーシング両端部箇所にそ
れぞれのカム及びカムフォロワー或いは必要な付帯装置
類を装着させることもできる。更には電気或いは電子的
な制御装置を備えて動作させることもできる。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され以下に記載されるような効果を生む。

【００１８】軸回転力が大きく、力率或いは燃焼効率に
優れる内燃機関を実現させ、提供することで内燃機関の
発生させる炭酸ガスの発生量を抑制或いは減少させるこ
とができる。

【００１９】軸出力に比較する重量費が小さく航空搬送
機の適応性が高い。また小型化、軽量化に優れ内燃機関
の汎用性が広い。

【００２０】圧縮或いは膨脹プロセスの容積比を広範囲
に変化させて実現させることが容易であり、多目的な内
燃機関に活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成概要説明図

【図２】通気路、弁機構の概要図。実施概要図

【図３】吸気及び圧縮程の説明図

【図４】噴射、点火、膨脹、排気工程の説明図

【符号の説明】

Ａ 通気路 Ａ１ 逆止弁 Ａ２ 排気ポート Ａ３ 燃料供給手段 Ａ４ 噴射弁 Ａ５ 吸入ポート Ａ６ 点火手段 Ｂ 弁体軸 Ｂ１ 圧縮弁体 Ｂ２ 膨脹弁体 Ｂ３ 開口部 Ｂ４ カムフォロワー Ｂ６ ガイド ＢＧ 燃焼ガス、膨脹ガス ＢＲ 燃焼室、圧縮仕切弁の回転軌道 Ｃ 軸 Ｃ１ 圧縮ローター Ｃ２ 圧縮仕切弁 Ｃ３ 吸入口 Ｃ４ 吸気通路 Ｃ５ 吸気領域 Ｃ６ 膨脹ローター Ｃ７ 膨脹仕切弁 Ｃ８ 受圧溝 Ｃ９ 排気口 Ｃ１０ 排気通路 Ｃ１１ 排気領域 Ｃ１２ カム Ｃ１３ ガイドギブＣ１４ ＣＡ 圧縮空気 ＣＲ 圧縮室、圧縮仕切弁の回転軌道 ＥＧ 排気ガス ＥＭ 排気開口 ＩＡ 吸入空気 ＩＭ 吸気開口 Ｒ 圧縮揺動スペース Ｓ 膨脹揺動スペース Ｖ１ 弁構造

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 逆止弁と噴射弁を両端或いはその付近に
   備え且つ間に燃料供給手段を有する気密な通気路と、回
   転可能な弁体軸と、この弁体軸に所定間隔を空けてそれ
   ぞれ連結された上記逆止弁の備わる排気ポートと圧縮揺
   動スペースを有する圧縮室及び上記噴射弁の備わる吸入
   ポートと膨張揺動スペースを有する燃焼室と、圧縮室、
   燃焼室でそれぞれ真円回転し且つ各室の周壁に略接触す
   る圧縮仕切弁と吸入口及び吸気通路と吸気領域、膨脹仕
   切弁と受圧溝及び排気口と排気通路及び排気領域を有す
   る圧縮ローター及び膨脹ローターと、圧縮ローター、膨
   脹ローターを共有する軸上に形成されたガイドギブを有
   するカムと、このカムに従って連動するように上記弁体
   軸から突出形成されたガイドを有するカムフォロワー
   と、このカムフォロワーの駆動により上記圧縮室及び上
   記燃焼室内で揺動するように上記弁体軸から突出形成さ
   れた圧縮弁体、開口部を有する膨脹弁体と、膨脹弁体、
   上記膨脹スペースと上記開口部、上記膨脹仕切弁及び上
   記燃焼室の周壁によって仕切られた空間を作るタイミン
   グに合わせて上記通気路を開放して上記通気路或いは圧
   縮室からの圧縮ガスを上記吸入ポートを通じ上記膨脹揺
   動スペースと上記開口部を経て上記燃焼室内へ導入する
   ように上記通気路内に配設された弁機構と、この弁機構
   の開閉動作のタイミングに合わせて上記仕切られた空間
   内の圧縮ガスを点火し、その時の圧縮ガスの熱膨脹によ
   り膨脹ローターを回転させる点火手段とを備えた真円回
   転内燃機関。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の真円回転内燃機関に有
   って、軸と弁体軸に所定の間隔を設けて回転可能な伝達
   軸体を備え、上記弁体軸、上記伝達軸の双方に歯車を設
   け且つ所定に噛み合わせて連動させ、上記弁体軸に備わ
   るカムフォロワーを上記伝達軸体の所定な位置に置き換
   えてカムに連動させてカムフォロワーの動作を上記弁体
   軸に伝達させる真円回転内燃機関。
3. 【請求項３】 請求項１、２に記載の真円回転内燃機関
   に有って、圧縮ローターの両側面と、その側面に略接触
   させる圧縮室の周壁とに軸方向から外周方向に気体を昇
   圧させ吸入口から圧縮室に供給させる手段を備えて構成
   させる真円回転内燃機関。
4. 【請求項４】 請求項１、２、３、に記載の真円回転内
   燃機関に有って、膨脹ローターの両側面と、その側面に
   略接触させる燃焼室の周壁とに外周方向から軸方向に気
   体を減圧させて膨脹ローターの回転力に変える手段を備
   えて構成させる真円回転内燃機関。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３、４に記載の真円回転
   内燃機関に有って、弁体軸の軸方向内部に通気路を備
   え、圧縮弁体に逆止弁を有する燃焼室の排気ポート及び
   膨脹弁体に燃焼室への吸気ポートを備え、それぞれを上
   記通気路に接続させて上記排気ポートと上記吸気ポート
   間の通気路に噴射弁を備え、上記弁体軸を収納させるケ
   ーシングの所定な位置に燃料供給手段を備え、上記通気
   路に接続する上記逆止弁と上記通気路に備わる上記噴射
   弁との間の上記通気路に接続させて構成させる真円回転
   内燃機関。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４、５、に記載の真
   円回転内燃機関に有って、燃焼室及び圧縮室の容積比を
   相互に変化させて構成させる真円回転内燃機関。
7. 【請求項７】 請求項１、２、３、４、５、６に記載の
   真円回転内燃機関に有って、通気路に水素或いは水を添
   加させる手段を備えて構成させる真円回転内燃機関。
8. 【請求項８】 請求項１、２、３、４、５、６、７に記
   載の真円回転内燃機関に有って、圧縮及び膨脹仕切弁の
   回転軌道を遮断する圧縮弁体及び膨脹弁体に掛かる圧力
   或いは加重を圧縮及び燃焼室のケーシングに吸収或いは
   支持させる段差または双方を段違いに略接触させるスト
   ッパーを双方の略接触するケーシング側の何れかに備え
   て構成する或いは同様に弁体軸と収納するケーシングと
   の間に備えて構成する真円回転内燃機関。